Instrumentos Topográficos: Funciones, Manejo y Errores de Medición

Importancia de los Instrumentos Topográficos

El conocimiento y el manejo de los instrumentos topográficos son fundamentales para la realización de un trabajo de campo correcto y riguroso, ya sea en un levantamiento o un replanteo topográfico. En el levantamiento, los puntos de datos son clave para representar el terreno en un plano. En el replanteo, se determinan los puntos que marcan las alineaciones del proyecto. En ambos casos, la señalización de estos puntos es esencial.

Clasificación de los Instrumentos Topográficos

Los instrumentos se clasifican según su función:

• Instrumentos de medida de distancia
• Instrumentos de medida angular
• Instrumentos de medida conjunta
• Instrumentos de medida de desniveles
• Instrumentos especiales y auxiliares

Instrumentos de Medida de Distancia

Cinta Métrica

La cinta métrica se utiliza en distancias cortas, en terrenos llanos o tensada. Tipos: metálicas (acero) y plásticas (nylon reforzado, fibra de vidrio con PVC, lona recubierta de PVC). Las metálicas ofrecen mayor precisión, pero menor flexibilidad. Longitudes: 10 a 50 m, con divisiones en m, dm, cm y mm. El extremo tiene un asa; si el 0 no es claro, se dobla la cinta por los 10 cm y el punto que coincide con 20 cm es el inicio.

Flexómetro

El flexómetro es una cinta métrica enrollable metálica, generalmente de 1, 3, 5 u 8 m. Se usa para replanteos y mediciones pequeñas, no para levantamientos.

Levantamientos Planimétricos con Cinta Métrica

Permiten levantamientos de pequeñas superficies y edificios para proyectos de reforma, instalaciones, catastro, etc. Las distancias en mapas son reducidas (D_r), horizontales. La medición horizontal puede ser en terreno llano o inclinado.

Terreno Llano

Si se conoce la dirección, se apoya la cinta tensada y horizontal, marcando con agujas. Si no se conoce, se usa triangulación midiendo alineaciones conocidas y distancias.

Terreno Inclinado

• Horizontal: Se mantiene la cinta horizontal con un operador en cada extremo, usando plomada si es necesario. Se divide en tramos si la pendiente es pronunciada.
• Inclinado: Se coloca la cinta directamente sobre el terreno, midiendo la distancia geométrica (D_g). Se calcula la distancia reducida si se conoce el desnivel o la pendiente.

Errores en la Medición con Cinta Métrica

• De contraste: Por defecto o exceso de la cinta.
• De alineación: Por desvío de la cinta, siempre por exceso.
• De horizontalidad: Por no mantener la cinta horizontal, siempre por exceso.
• De catenaria: Por pandeo de la cinta, siempre por exceso.
• De temperatura: Por dilatación o contracción, por defecto o exceso.

Distanciómetros

Emiten un haz luminoso que se refleja en un prisma. La distancia se mide entre el emisor y el prisma. Los metro-láser miden hasta 100 m con precisión de ±1,5 mm sin necesidad de prisma. Incluyen pantalla LCD y funciones adicionales.

Rueda Medidora

Tiene un cuentavueltas y radio conocido. La distancia es el producto del número de vueltas por el desarrollo de una vuelta. Se usa en obra donde no se requiere alta precisión.

Instrumentos de Medida Angular y Conjunta

Brújula

Aguja imantada que apunta al Norte Magnético. El ángulo con el Norte Geográfico es la declinación magnética. Es un método de orientación aproximado.

Teodolito

Mide ángulos horizontales y verticales con alta precisión. Compuesto por limbo horizontal y vertical, micrómetro y anteojo. Se monta en trípode con plataforma nivelante. Actualmente en desuso en topografía común.

Taquímetro

Teodolito con hilos estadimétricos para medir distancias indirectamente. Posee anteojos de mayor aumento. Tipos: ópticos y electrónicos. Ideal para itinerarios y determinación de cotas.

Estación Total

Taquímetro electrónico con distanciómetro integrado. Muestra ángulos y distancias en pantalla LCD. Incluye programas para almacenamiento, replanteo, superficies, y transferencia de datos.

Partes de la Estación Total

• Plataforma nivelante con tornillos de nivelación.
• Goniómetros electrónicos para medición digital de ángulos.
• Pantalla para mostrar datos y cálculos.
• Teclado para introducir datos y controlar mediciones.
• Anteojo de colimación con retículo para puntería, emisor y receptor de rayos infrarrojos o láser.

Instrumentos de Medida de Desniveles

Niveles

Miden diferencias de altura o desniveles. Partes: plataforma nivelante, nivel tórico, anteojo, eje principal (vertical), eje de colimación, directriz del nivel. Elementos adicionales: enfoque, nivel esférico, puntería. Tipos: de plano, de línea, automáticos, digitales, láser.

Tipos de Niveles

• Nivel Tórico: Tubo de vidrio con líquido y burbuja, alta precisión.
• Nivel Esférico: Caja cilíndrica con tapa de cristal, rápidos pero menos precisos.
• Nivel de Agua: Manguera transparente con agua, para nivelar entre puntos.

Miras

Reglas graduadas en metros y fracciones, con colores vivos. También llamadas estadías, sirven para medir distancias y desniveles con taquímetros y niveles. Mediciones con mira son estadimétricas.

Medición Estadimétrica

Hilos estadimétricos en anteojos permiten medir distancias y desniveles. Se obtienen tres lecturas en la mira: central, superior e inferior.

Desnivel entre Dos Puntos

1. Estacionar el nivel entre los puntos.
2. Lectura de espaldas en el primer punto.
3. Lectura de frente en el segundo punto.
4. Calcular el desnivel.

Distancia entre Dos Puntos

1. Estacionar el nivel en el primer punto.
2. Lectura de la mira en el segundo punto.
3. Calcular la distancia.

Instrumentos Especiales y Auxiliares

Prismas y Jalones

Prismas: Espejos que reflejan la señal del distanciómetro, montados en jalones.

Jalones: Bastones metálicos para visualizar puntos, con nivel esférico para verticalidad.

Trípodes y Plataformas

Trípodes: Patas de madera o aluminio para situar instrumentos a la altura del operador.

Plataformas: Cabezas de trípodes para colocar instrumentos, con guía móvil y tornillos.

Tornillos de Presión y de Coincidencia

El tornillo de presión bloquea el movimiento del eje sobre el que actúa. Cuando los tornillos están apretados actúan los tornillos de coincidencia para permitir los movimientos lentos o de aproximación. Suelen existir dos pares de tornillos, uno asociado al eje principal y otro al eje secundario.

NIVEL

Son instrumentos dedicados a la medida directa de diferencias de altura entre puntos o, lo que es lo mismo, desniveles entre puntos. Su misión es lanzar visuales horizontales con la mayor precisión posible. Las partes fundamentales de un nivel clásico son las siguientes:

▪ Plataforma nivelante, con tornillos de nivelación.
▪ Nivel tórico, de gran sensibilidad.
▪ Anteojo, de gran aumento.
▪ Eje principal (vertical), V – V’
▪ Eje de colimación, C – C’
▪ Directriz del nivel, D – D’

Sobre el nivel suelen aparecer también los siguientes elementos:

▪ Enfoque y tornillo de aproximación.  ▪ Nivel esférico.  ▪ Puntería sobre el nivel.

TIPOS DE NIVELES

▪ Niveles de plano: Estacionado el aparato, su eje de colimación describe un plano horizontal en su giro alrededor del eje principal.

▪Niveles de línea: En cada nivelada hay que nivelar el aparato.

▪Niveles automáticos: Niveles de línea de horizontalización automática.

▪Niveles digitales: Se trata de niveles electrónicos para realizar la medición de desniveles de forma totalmente automática. Con este tipo de niveles la mira clásica se sustituye por otra cuya graduación es un código de barras que el nivel lee e interpreta.

▪Niveles láser: Son niveles de precisión que combinan la electrónica y los rayos infrarrojos.

TEODOLITO

Teodolito es el aparato topográfico que reúne en un mismo montaje un sistema óptico-mecánico capaz de medir ángulos horizontales y verticales. 

Al estar construidos para medir básicamente ángulos, éstos los miden con mucha precisión. 

Actualmente no se utiliza en topografía, aunque es apropiado para realizar triangulaciones.

El teodolito está compuesto por un limbo horizontal o acimutal y otro vertical o cenital, un micrómetro y un anteojo. Debe estacionarse sobre un trípode con plataforma nivelante.

TAQUÍMETRO

El taquímetro es un teodolito que, además de todos los elementos necesarios para la observación y medida de ángulos, dispone de un retículo con hilos estadimétricos para poder determinar distancias por métodos indirectos.

Poseen anteojos con mayor número de aumentos para la determinación de distancias con la mayor precisión posible.

Así como el teodolito es apropiado para realizar triangulaciones, el taquímetro lo es para realizar itinerarios, con determinación simultánea de cotas por métodos taquimétricos. Pueden ser de dos tipos: Ópticos y Electrónicos.

ESTACIÓN TOTAL

Son Taquímetros electrónicos a los que se incorpora el distanciómetro como parte integrante del mismo, a la vez que la lectura de los ángulos y las distancias aparecen en una pantalla LCD.  Posee un anteojo al que se le puede dar vueltas de campana y en cuyo interior se aloja además del sistema óptico un distanciómetro. Las Estaciones suelen incorporar programas internos para almacenamiento de datos, replanteos, superficies... y tienen sistemas para transferir de forma automática los datos almacenados a un ordenador, así como en sentido inverso.

PARTES DE LA ESTACIÓN TOTAL

- Plataforma nivelante, con sus tornillos de nivelación.

- Goniómetros electrónicos, para medición digital de ángulos horizontales y verticales.

- Pantalla, para presentación de datos medidos y cálculos realizados.

- Teclado, para introducción de datos y control de mediciones.

- Anteojo de colimación, provisto de retículo con cruz filiar, para realizar puntería sobre los distintos puntos observados. Sirve también como emisor y receptor de los rayos infrarrojos o láser.